tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở xây dựng mô hình tính toán dựa vào các phần mền chuyên dụng ANSYS, GT SUIT

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ, SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PITTÔNG - XILANH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7 1.1.1.T

MỤC LỤC

Trang

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ, SỰ

TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PITTÔNG - XILANH

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ TỔNG QUAN VỀ

VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

7

1.1.1.Tác động của tăng áp tới tính năng làm việc của động cơ 7

1.2 Sự tương tác của cặp pittông-xilanh động cơ đốt trong 7 1.2.1 Mô hình không có khe hở và không có sự tương tác 7 1.2.2 Mô hình có khe hở, không tương tác 7

1.2.3 Mô hình có khe hở, có tương tác 7 1.4 Kết luận chương 1 và tổng quan về vấn đề nghiên cứu 7

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG VÀ SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA

PITTÔNG VÀ XILANH ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG.

8

2.2 Mô hình hình học cặp pittông và xilanh động cơ khảo sát 8

2.2.2 Mô hình hình học ống lót xilanh 8 2.3 Mô hình tương tác giữa pittông - xilanh động cơ 8 2.4 Phương trình tương tác giữa thân pittông với thành xilanh 9

CHƯƠNG 3.

TÍNH TOÁN SỰ BIẾN DẠNG VÀ SỰ TƯƠNG

TÁC CỦA CẶP PITTÔNG - XILANH ĐỘNG CƠ

SAU TĂNG ÁP.

10

3.1.1 Đối tượng khảo sát 10

3.3.3.Phạm vi ứng dụng của phương pháp phần tử hữu hạn 10

3.5 Tính toán nhiệt động và động lực học động cơ khảo sát. 10

3.6 Sự thay đổi khe hở giữa pittông và xilanh và lực tương tác giữa chúng khi kể đến phụ tải nhiệt.

13

3.7 Khảo sát sự biến dạng và sức bền cặp pittông – xilanh và kết

13

3.7.1 Xây dựng mô hình khảo sát và kết quảtrạng thái ứng suất và biến dạng xilanh

13

3.7.1.2 Xây dựng mô hình hình học xilanh 13

3.7.1.4 Định nghĩa thuộc tính vật liệu. 13

3.7.1.5 Mô hình phần tử hữu hạn xilanh. 13

CHƯƠNG 4:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

17

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô Việt nam, dưới mục tiêu tăng trưởng nội địa hóa theo yêu cầu phát triển, việc nghiên cứu chuyên sâu đặc tính của động cơ đốt trong (ĐCĐT) là một yêu cầu cấp thiết

Lực tương tác gây ra bởi sự va đập của pit tông với thành xi lanh là một trong những nguồn ồn cơ khí chính của động cơ Đặc biệt ngày nay vấn đề cường hóa cho động cơ là hết sức cần thiết, một trong những biện pháp được coi là tối ưu nhất là dùng biện pháp tăng áp cho động cơ

Tăng áp là một biện pháp hữu hiệu nhằm tăng công suất động

cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, nâng cao hiệu suất cho ĐCĐT

Việc nâng cao công suất riêng của ĐCĐT bằng biện pháp tăng

áp đã đặt ra yêu cầu nghiên cứu sự tương tác của cặp pittông - xilanh động cơ dưới tác dụng của phụ tải cơ khí và phụ tải nhiệt nhằm giảm mức độ rung động, va đập và tiếng ồn trên cơ sở đó đánh giá và lựa chọn các thông số kết cấu của cụm pittông - xilanh một cách hợp lý trong thiết kế để làm tăng tuổi thọ của cụm chi tiết này

Sự tương tác của cặp pittông – xilanh chịu sự tác động của 2 yếu

tố chính là cơ và nhiệt

2.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2.1 Ý nghĩa khoa học:

Nghiên cứu tổng quan các mô hình tương tác, từ đó lựa chọn mô hình tính toán cho nội dung nghiên cứu Kết quả nghiên cứu cho thấy quy luật tương tác và biến dạng của động cơ đốt trong sau khi tăng áp nói riêng và của động cơ đốt trong nói chung

2.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Đề tài mang tính ứng dụng, kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ

sở trong tính toán tối ưu kết cấu cặp pittông-xilanh cũng như trong thiết

kế mới, nhằm giảm ma sát, mài mòn và biến dạng của cặp pittông-xilanh làm tăng tuổi thọ của động cơ

Mô hình tính toán có thể ứng dụng khảo sát các loại động cơ tương tự

3 Phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu lý thuyết trên cơ sở xây dựng mô hình tính toán dựa vào các phần mền chuyên dụng: ANSYS, GT-SUIT

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ, SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PITTÔNG - XILANH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về động cơ tăng áp.

1.1.1 Tác động của tăng áp tới tính năng làm việc của động cơ 1.1.2 Các phương pháp tăng áp chủ yếu

1.2 Sự tương tác của cặp pittông - xilanh động cơ đốt trong.

1.2.1 Mô hình không có khe hở và không có sự tương tác 1.2.2 Mô hình có khe hở, không tương tác

1.2.3 Mô hình có khe hở, có tương tác

1.3 Một số kết quả nghiên cứu trong nước.

1.4 Kết luận chương 1 và tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.4.1 Kết luận chương 1

1.4.2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Trong nội dung luận văn của mình tác giả tập trung giải quyết những vấn đề sau:

- Đó là với sự tăng áp cho động cơ như vậy, nhiệt độ môi chất

có thay đổi không

- Với nhiệt độ khí cháy thì khe hở giữa pittông và xilanh thay đổi thế nào trong quá trình làm việc

- Áp suất trong xilanh trước và sau tăng áp chênh lệch nhau nhiều không? Nếu chênh lệch nhiều thì pittông và xilanh biến dạng ra sao

- Trạng thái ứng suất còn nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu không

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG VÀ SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA PITTÔNG VÀ XILANH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

2.1 Đặt vấn đề

2.2 Mô hình hình học cặp pittông và xilanh động cơ khảo sát.

2.2.1 Mô hình hình học pittông

2.2.2 Mô hình hình học ống lót xilanh

2.3 Mô hình tương tác giữa pittông - xilanh động cơ đốt trong.

Hình 2.1: Mô hình tương tác giữa thân pittông và thành xilanh

2.4 Phương trình tương tác giữa thân pittông với thành xilanh.

Hình 2.2: Xilanh được rời rạc hoá bằng PTHH với các phần tử chữ nhật-Phần tử chữ nhật kết cấu xilanh trên nền đàn hồi

Hình 2.3: Tương tác giữa thân pittông với phần tử kết cấu xilanh

CHƯƠNG 3.

TÍNH TOÁN SỰ BIẾN DẠNG VÀ SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PITTÔNG-XILANH ĐỘNG CƠ SAU TĂNG ÁP.

3.1 Đối tượng và công cụ khảo sát

3.1.1 Đối tượng khảo sát

Động cơ D6 nguyên thuỷ là loại động cơ diezen 4 kỳ không tăng

áp, 1 hàng 6 xi lanh có thứ tự làm việc 1- 5 - 3 - 6 - 2- 4.Được sử dụng trên xe Tăng PT-76 và được đặt dọc theo thân xe trong khoang động lực,

có vách ngăn với khoang chiến đấu

3.1.2 Công cụ khảo sát.

3.2 Gi ới thiệu chung về Phần mềm ANSYS.

3.2.1 Các mô đun chính của ASYS.

3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn.

3.3.3.Phạm vi ứng dụng của phương pháp phần tử hữu hạn

3.3.4 Các hình dạng phần tử cơ bản

3.4 Tổng quan về phần mềm GT-Suite.

3.5 Tính toán nhiệt động và động lực học động cơ khảo sát.

3.5.1 Xác định đối tượng

3.5.2 Mô hình động cơ khảo sát

3.5.3 Kết quả tính toán

+ Sự thay đổi của nhiệt độ khí cháy theo góc quay trục khuỷu trong các xilanh động cơ trước và sau khi tăng áp được trình bày trên các hình 3.1; 3.2;3.3;3.4; 3.5 và 3.6

Hình 3.1Hình 3.1 Hình 3.2

Hình 3.5

+ Sự thay đổi áp suất khí cháy theo góc quay trục khuỷu trong các xilanh động cơ trước và sau khi tăng áp được trình bày trên các hình Các hình3.7; 3.8; 3.9; 3.10; 3.11; 3.12;:

Kết luận:

 Đối với động cơ tăng áp, nhiệt độ cháy cực đại T zmax gần giống như ở động cơ không tăng áp, thậm chí còn thấp hơn đôi chút.

 Đối với động cơ tăng áp, áp suất cực đại p zmax lớn hơn nhiều

so với áp suất cực đại p zmax trước tăng áp.

 Qua số liệu tính toán, ta nhận thấy trong xilanh số 1 môi chất công tác có áp suất cực đại p zmax cao nhất (98,7 bar) Nên ta sẽ khảo sát

sự biến dạng và tương tác của cụm pittông - xilanh của xilanh số 1.

 Để khảo sát sự biến dạng của cụm pittông - xilanh, trong nội dung luận văn của mình, tác giả sử dụng áp suất trung bình của khối khí

để tính toán (p tb =8,78 bar = 8,95 KG/cm 2 ).

3.6 Sự thay đổi khe hở giữa pittông và xilanh và lực tương tác giữa chúng khi kể đến phụ tải nhiệt.

3.7 Khảo sát sự biến dạng và sức bền cặp pittông – xilanh và kết quả.

3.7.1 Xây dựng mô hình khảo sát và kết quảtrạng thái ứng suất

và biến dạng xilanh

3.7.1.1 Đặt kiểu phân tích.

3.7.1.2 Xây dựng mô hình hình học xilanh.

3.7.1.3 Định nghĩa loại phần tử.

3.7.1.4 Định nghĩa thuộc tính vật liệu.

3.7.1.5 Mô hình phần tử hữu hạn xilanh.

3.7.1.6 Giai đoạn đặt tải, giải và lấy kết quả.

3.7.2 Kết quả khảo sát

+ Với phụ tải nhiệt

Hình 3.13: Ảnh hưởng của khe hở delta đến lực tương tác

Hình 3.14:Ảnh hưởng của khe hở delta đến chuyển vị thành xilanh

Ảnh hưởng của khe hở delta đến lực tương tác

11

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

60000

65000

Khe hở delta (mm)

Lực tương tác

Ảnh hưởng của khe hở delta đến chuyển vị thành xilanh

11

0.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

Khe hở delta (mm)

Chuyển vị

+ Với phụ tải cơ

1

MN MX

X Y Z

ONG LOT XILANH DONG CO D6

.197E-04

7.061 14.122 21.183 28.245 35.306 42.367 49.428 56.489 63.55

JUL 22 2010 23:35:44 NODAL SOLUTION

STEP=1

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.26113

SMN =.197E-04

SMX =63.55

Hình3.15: Phân bố ứng suất chính (Von Mises Stress) xilanh

1

MN MX

X Y Z

PITTONG DONG CO B6

.078484

6.749 13.419 20.089 26.76 33.43 40.1 46.771 53.441 60.111

JUL 23 2010 00:52:39

NODAL SOLUTION

STEP=1

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.177718

SMX =60.111

Hình 3.16: Phân bố ứng suất chính (Von Mises Stress) xilanh Pittong

Kết luận:

 Theo kết quả khảo sát khi cặp pittông - xilanh chịu phụ tải cơ (áp suất khí cháy khi tăng áp), biến dạng xilanh lớn hơn so với biến dạng pittông nên đảm bảo cho pittông làm việc không bị bó kẹt Trạng thái bền của pittông và xilanh đảm bảo theo cơ tính của vật liệu chế tạo.

 Với tải trọng cơ học (áp suất khí cháy) sự biến dạng của pittong

lớn nhất (có màu đỏ trên hình 3.36) ở phần mép đỉnh (nằm trong mặt phẳng lắc của thanh truyền - mặt phẳng va đập giữa pittong và xilanh)

là hoàn toàn hợp lý và phù hợp với thực tế Sự biến dạng của xilanh có dạng hình côn, lớn nhất gần điểm chết trên và giảm dần về phía điểm chết dưới.

CHƯƠNG 4:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận.

Để đảm bảo sự làm việc bình thường của động cơ, giữa cặp pittông và xilanh bao giờ cũng có khe hở

Lực tương tác giữa pittông - xilanh và sự dịch chuyển của xilanh phụ thuộc vào khe hở giữa chúng

Tính chất làm việc và trạng thái bền của cặp pittông - xilanh hoàn toàn đảm bảo sau khi động cơ tăng áp

Khi chịu tải trọng cơ học, trạng thái ứng suất của cặp pittông -xilanh vẫn nằm trong giới hạn cho phép Biến dạng của thành xi lanh và pittông vẫn đảm bảo cho cụm pittông- xilanh làm việc bình thường và không bị bó kẹt Khảo sát cho thấy khi tăng áp cho động cơ 20 ÷ 30% thì tính chất cơ học của cụm pit tông vẫn đảm bảo Đây là một cơ sở để tăng áp cho động cơ mà không cần tính toán bền lại cụm pittông- xilanh khi chọn PZmax mới

Tính chất làm việc và trạng thái bền của cặp pittông - xilanh hoàn toàn đảm bảo sau khi động cơ tăng áp

Mô hình tăng áp có thể sử dụng để tăng áp cho các động cơ sau một thời gian làm việc bị giảm công suất

Các phương pháp tính và chương trình phần mềm được sử dụng trong luận văn có thể được sử dụng để khảo sát nhóm pittông - xilanh của các động cơ tương tự

4.2 Kiến nghị.

Để nâng cao độ chính xác và tin cậy của các kết quả nghiên cứu, cần:

Phát triển mô hình có khe hở và có tương tác, và có xét đến lực thực của pittông đặt lên thành xilanh

Khảo sát sự tương tác giữa hai trường vật lí cơ và nhiệt đến sự biến dạng của cặp pittông - xilanh

Khảo sát biến dạng và trạng thái ứng suất cặp pittông theo sự thay đổi áp suất của khí cháy theo góc quay của trục khuỷu

Xác định một số thông số bằng thực nghiệm như: hệ số cản nhớt của lớp dầu bôi trơn,

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến,

Phạm Văn Thể (1984), Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, Nxb ĐH

và THCN, Hà Nội

2 Lại Văn Định, Nguyễn Trung Kiên (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng

của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pittông - xilanh động cơ đốt trong.

3 Bùi Hải, Trần Thế Sơn ( 1993), Nhiệt kỹ thuật, ĐHBK.

4 Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Trọng Giảng (2003) , Ansys và mô phỏng

số trong công nghiệp bằng phần tử hữu hạn, Nhà xuất bản khoa học và

kỹ thuật

5 Lê Viết Lượng ( 2000), Lý thuyết động cơ Diezel, NXB Giáo dục.

6 Lê Trường Sơn ( 2008), Thiết lập phương trình vi phân mô tả tương

tác giữa thân pittông với phần tử của vỏ xilanh động cơ đốt trong/ Khoa

học và kỹ thuật (Học viện KTQS), số 123

7 Lê Trường Sơn (2009) , Giải bài toán tương tác giữa thân pittông với

thành xilanh trong động cơ/ Khoa học và kỹ thuật (Học viện KTQS).

8 Lê Trường Sơn, Trần Minh, Hà Quang Minh (2009), Nghiên cứu ảnh

hưởng của khe hở đến sự tương tác của cụm pittông - xilanh động cơ/

Khoa học và kỹ thuật (Học viện KTQS), số 129

9 Trần Văn Tế (1997) , Bài giảng sau đại học trao đổi nhiệt của động

cơ đốt trong, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.

10 Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong2003 , Nhà xuất bản

giáo dục

11 Hướng dẫn sử dụng Cosmoswork.

Tiếng Anh

12 Conor P McNally ( 1998), Development of a Numerical Model of

Piston

Secondary Motion for Internal Combustion Engines, B.E Mechanical

Engineering University College Dublin, Ireland

13 Jang S Cho J (2004), Effects of Skirts Profiles on the Piston

Secondary

Movements by the Lubrication Behaviors/ International Journal of

Automotive Technology, No.1

14 Mansouri H S., Wong W V (2005), Effects of Piston Design

Parameters on Piston Secondary Motion anh Skirt-Liner Friction/ Proc.

IMechE , Engineering Tribology

Tiếng Nga

15 К.Г.ПОПЫК (1968) : Kонструирование и расчёт АвтомоБилных

и тракторных дбигателей – Москва.

16 А.С.Орлин…(1984), Конструирование и расчёт на прочсть

поршневых и конбинироваиных двигателей – Москва.